深入理解String，StringBuilder，StringBuffer
深入理解String，StringBuilder，StringBuffer
一. String 类
我们首先来看String类的实现源码：
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
/** The offset is the first index of the storage that is used. */
private final int offset;
/** The count is the number of characters in the String. */
private final int count;
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
/** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
......
}我们会发现：
- String类是被final修饰的，也即意味着String类不能被继承，并且它的成员方法都默认为final方法。在Java中，被final修饰的类是不允许被继承的，并且该类中的成员方法都默认为final方法。
- String类其实是通过char数组来保存字符串的。
接下来我们继续看String类的一些方法实现：
public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
if (beginIndex < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
}
if (endIndex > count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
}
if (beginIndex > endIndex) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex);
}
return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this :
new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
}
public String concat(String str) {
int otherLen = str.length();
if (otherLen == 0) {
return this;
}
char buf[] = new char[count + otherLen];
getChars(0, count, buf, 0);
str.getChars(0, otherLen, buf, count);
return new String(0, count + otherLen, buf);
}
public String replace(char oldChar, char newChar) {
if (oldChar != newChar) {
int len = count;
int i = -1;
char[] val = value; /* avoid getfield opcode */
int off = offset; /* avoid getfield opcode */
while (++i < len) {
if (val[off + i] == oldChar) {
break;
}
}
if (i < len) {
char buf[] = new char[len];
for (int j = 0 ; j < i ; j++) {
buf[j] = val[off+j];
}
while (i < len) {
char c = val[off + i];
buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
i++;
}
return new String(0, len, buf);
}
}
return this;从上面的三个方法可以看出，无论是subString、concat还是replace操作都不是在原有的字符串上进行的，而是重新生成了一个新的字符串对象。也就是说进行这些操作后，最原始的字符串并没有被改变。
所以，我们需要记住：对String对象的任何改变都不影响到原对象，相关的任何change操作都会生成新的对象。
二. 如何理解String、StringBuffer、StringBuilder之间的区别与联系
1. String通常用来定义一个变量，而StringBuilder, StringBuffer则通常用来对字符串进行拼接等操作。但其实String同样的可以用来拼接字符串，但我们通常很少使用，原因如下：
String的底层代码为一个用final修饰的char数组，这意味着定义一个String变量以后，该变量的内容是不可变的。StringBuilder 与StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder，该类的char数组并没有用final修饰，内容是可变的，这个是什么意思呢？
比如：
String s1= "a";
String s2 = new String("b") ;
String s3 = s1+s2;
如果这样，我们得到“ab”这个字符串，因为String底层未不可变的字符串，所以会创建三个对象，都会占用内存，而这三个对象一直都未失去引用，所以jvm无法垃圾回收，造成内存资源的大量浪费，这在我们开发中是不推崇的，而StringBuilder 与StringBuffer则不存在这样的问题。
通过底层代码我们可以知道StringBuilder 与StringBuffer在拼接字符串时，通过判断字符串长度是否足够，从而创建一个新的数组用来封装数据，而原来的对象被放弃引用，等待垃圾回收，从而减少内存的浪费，因此在拼接字符串等操作时，我们通常使用StringBuilder 与StringBuffer，但两者在执行效率上又有不同，StringBuilder的执行效率较高，这是为什么呢？
通过底层源码，可以发现StringBuffer在拼接字符串时，使用了同步锁，安全性提高，而StringBuilder未使用同步锁，故效率提高。
2.通过代码测试String、StringBuffer以及StringBuilder的区别
那么看下面这段代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | public class Main { public static void main(String[] args) { String string = ""; for(int i=0;i<10000;i++){ string += "hello"; } } } |
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这句 string += "hello";的过程相当于将原有的string变量指向的对象内容取出与"hello"作字符串相加操作再存进另一个新的String对象当中，再让string变量指向新生成的对象。如果大家还有疑问可以反编译其字节码文件便清楚了：
从这段反编译出的字节码文件可以很清楚地看出：从第8行开始到第35行是整个循环的执行过程，并且每次循环会new出一个StringBuilder对象，然后进行append操作，最后通过toString方法返回String对象。也就是说这个循环执行完毕new出了10000个对象，试想一下，如果这些对象没有被回收，会造成多大的内存资源浪费。从上面还可以看出：string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化成：
StringBuilder str = new StringBuilder(string);
str.append("hello");
str.toString();
再看下面这段代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | public class Main { public static void main(String[] args) { StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); for(int i=0;i<10000;i++){ stringBuilder.append("hello"); } } } |
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反编译字节码文件得到：
从这里可以明显看出，这段代码的for循环式从13行开始到27行结束，并且new操作只进行了一次，也就是说只生成了一个对象，append操作是在原有对象的基础上进行的。因此在循环了10000次之后，这段代码所占的资源要比上面小得多。
那么有人会问既然有了StringBuilder类，为什么还需要StringBuffer类？查看源代码便一目了然，事实上，StringBuilder和StringBuffer类拥有的成员属性以及成员方法基本相同，区别是StringBuffer类的成员方法前面多了一个关键字：synchronized，不用多说，这个关键字是在多线程访问时起到安全保护作用的,也就是说StringBuffer是线程安全的。
下面摘了2段代码分别来自StringBuffer和StringBuilder，insert方法的具体实现：
StringBuilder的insert方法
1 2 3 4 5 6 | public StringBuilder insert(int index, char str[], int offset, int len) { super.insert(index, str, offset, len); return this; } |
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StringBuffer的insert方法：
1 2 3 4 5 6 | public synchronized StringBuffer insert(int index, char str[], int offset, int len) { super.insert(index, str, offset, len); return this; } |
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三.不同场景下三个类的性能测试
从第二节我们已经看出了三个类的区别，这一小节我们来做个小测试，来测试一下三个类的性能区别：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 | public class Main { private static int time = 50000; public static void main(String[] args) { testString(); testStringBuffer(); testStringBuilder(); test1String(); test2String(); } public static void testString () { String s=""; long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i=0; i<time; i++){ s += "java"; } long over = System.currentTimeMillis(); System.out.println("操作"+s.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒"); } public static void testStringBuffer () { StringBuffer sb = new StringBuffer(); long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i=0; i<time; i++){ sb.append("java"); } long over = System.currentTimeMillis(); System.out.println("操作"+sb.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒"); } public static void testStringBuilder () { StringBuilder sb = new StringBuilder(); long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i=0; i<time; i++){ sb.append("java"); } long over = System.currentTimeMillis(); System.out.println("操作"+sb.getClass().getName()+"类型使用的时间为："+(over-begin)+"毫秒"); } public static void test1String () { long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i=0; i<time; i++){ String s = "I"+"love"+"java"; } long over = System.currentTimeMillis(); System.out.println("字符串直接相加操作："+(over-begin)+"毫秒"); } public static void test2String () { String s1 ="I"; String s2 = "love"; String s3 = "java"; long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i=0; i<time; i++){ String s = s1+s2+s3; } long over = System.currentTimeMillis(); System.out.println("字符串间接相加操作："+(over-begin)+"毫秒"); } } |
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测试结果（win7，Eclipse，JDK6)：
上面提到string+="hello"的操作事实上会自动被JVM优化，看下面这段代码：
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执行结果：
得到验证。
下面对上面的执行结果进行一般性的解释：
1）对于直接相加字符串，效率很高，因为在编译器便确定了它的值，也就是说形如"I"+"love"+"java"; 的字符串相加，在编译期间便被优化成了"Ilovejava"。这个可以用javap -c命令反编译生成的class文件进行验证。
对于间接相加（即包含字符串引用），形如s1+s2+s3; 效率要比直接相加低，因为在编译器不会对引用变量进行优化。
2）String、StringBuilder、StringBuffer三者的执行效率：
StringBuilder > StringBuffer > String
当然这个是相对的，不一定在所有情况下都是这样。
比如String str = "hello"+ "world"的效率就比 StringBuilder st = new StringBuilder().append("hello").append("world")要高。
因此，这三个类是各有利弊，应当根据不同的情况来进行选择使用：
当字符串相加操作或者改动较少的情况下，建议使用 String str="hello"这种形式；
当字符串相加操作较多的情况下，建议使用StringBuilder，如果采用了多线程，则使用StringBuffer。
四.常见的关于String、StringBuffer的面试题
下面是一些常见的关于String、StringBuffer的一些面试笔试题，若有不正之处，请谅解和批评指正。
1. 下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; String b = "hello" + 2; System.out.println((a == b));
输出结果为：true。原因很简单，"hello"+2在编译期间就已经被优化成"hello2"，因此在运行期间，变量a和变量b指向的是同一个对象。
2.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; String b = "hello"; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为:false。由于有符号引用的存在，所以 String c = b + 2;不会在编译期间被优化，不会把b+2当做字面常量来处理的，因此这种方式生成的对象事实上是保存在堆上的。因此a和c指向的并不是同一个对象。javap -c得到的内容：
3.下面这段代码的输出结果是什么？
String a = "hello2"; final String b = "hello"; String c = b + 2; System.out.println((a == c));
输出结果为：true。对于被final修饰的变量，会在class文件常量池中保存一个副本，也就是说不会通过连接而进行访问，对final变量的访问在编译期间都会直接被替代为真实的值。那么String c = b + 2;在编译期间就会被优化成：String c = "hello" + 2; 下图是javap -c的内容：
4.下面这段代码输出结果为：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class Main { public static void main(String[] args) { String a = "hello2"; final String b = getHello(); String c = b + 2; System.out.println((a == c)); } public static String getHello() { return "hello"; } } |
|---|
输出结果为false。这里面虽然将b用final修饰了，但是由于其赋值是通过方法调用返回的，那么它的值只能在运行期间确定，因此a和c指向的不是同一个对象。
5.下面这段代码的输出结果是什么？
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | public class Main { public static void main(String[] args) { String a = "hello"; String b = new String("hello"); String c = new String("hello"); String d = b.intern(); System.out.println(a==b); System.out.println(b==c); System.out.println(b==d); System.out.println(a==d); } } |
|---|
输出结果为（JDK版本 JDK6)：
这里面涉及到的是String.intern方法的使用。在String类中，intern方法是一个本地方法，在JAVA SE6之前，intern方法会在运行时常量池中查找是否存在内容相同的字符串，如果存在则返回指向该字符串的引用，如果不存在，则会将该字符串入池，并返回一个指向该字符串的引用。因此，a和d指向的是同一个对象。
6.String str = new String("abc")创建了多少个对象？
这个问题在很多书籍上都有说到比如《Java程序员面试宝典》，包括很多国内大公司笔试面试题都会遇到，大部分网上流传的以及一些面试书籍上都说是2个对象，这种说法是片面的。
如果有不懂得地方可以参考这篇帖子：
http://rednaxelafx.iteye.com/blog/774673/
首先必须弄清楚创建对象的含义，创建是什么时候创建的？这段代码在运行期间会创建2个对象么？毫无疑问不可能，用javap -c反编译即可得到JVM执行的字节码内容：
很显然，new只调用了一次，也就是说只创建了一个对象。
而这道题目让人混淆的地方就是这里，这段代码在运行期间确实只创建了一个对象，即在堆上创建了"abc"对象。而为什么大家都在说是2个对象呢，这里面要澄清一个概念 该段代码执行过程和类的加载过程是有区别的。在类加载的过程中，确实在运行时常量池中创建了一个"abc"对象，而在代码执行过程中确实只创建了一个String对象。
因此，这个问题如果换成 String str = new String("abc")涉及到几个String对象？合理的解释是2个。
个人觉得在面试的时候如果遇到这个问题，可以向面试官询问清楚”是这段代码执行过程中创建了多少个对象还是涉及到多少个对象“再根据具体的来进行回答。
7.下面这段代码1）和2）的区别是什么？
1 2 3 4 5 6 7 8 | public class Main { public static void main(String[] args) { String str1 = "I"; str1 = str1+"love"+"java"; } } |
|---|
1）的效率比2）的效率要高，1）中的"love"+"java"在编译期间会被优化成"lovejava"，而2）中的不会被优化。下面是两种方式的字节码：
1）的字节码：
2）的字节码：
可以看出，在1）中只进行了一次append操作，而在2）中进行了两次append操作。
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